Одношаговое создание супергидрофобных тканей со стабильной механической производительностью в суровых условиях

Почему важны сухая и комфортная одежда

Тот, кого застал ливень или кто пролил горячий кофе на колени, знает: мокрая одежда — это не только дискомфорт. Для туристов, рабочих, спортсменов и медперсонала оставаться сухими часто важно не только для удобства, но и для безопасности. При этом многие водоотталкивающие куртки и брюки теряют свои свойства после нескольких стирок или грубой эксплуатации, а некоторые средства опираются на химикаты, вызывающие сейчас вопросы с точки зрения здоровья и экологии.

Новый способ сохранить ткани сухими

В исследовании предложен простой одношаговый метод, который придаёт самым разным тканям чрезвычайно водоотталкивающую поверхность, сохраняя при этом лёгкость, воздухопроницаемость и мягкость. Авторы называют обработку молекулярно собранной прочной супергидрофобной оболочкой, или MARS. Вместо рыхлых частиц или стойких фторированных соединений процесс выращивает тонкую, прочно связанную оболочку из кремнезёма и воскообразных цепочек прямо на каждом волокне. Поскольку оболочка химически привязана, она противостоит трению и изгибу, которые быстро разрушают обычные покрытия.

Учимся у крошечных почвенных животных

Идея вдохновлена коллемболами — крошечными животными, живущими во влажной почве и при этом сохраняющими кожу сухой. Их внешний слой покрыт маленькими грибовидными бугорками и тонкими гребнями, которые улавливают воздух и затрудняют прилипание воды. Исследователи воспроизвели это, сформировав аналогичную смесь мелких бугорков и наноскопической шероховатости на нитях. Они пропускают скрученные нити через недорогое растворение, содержащее два ингредиента на силиконовой основе. В влажном воздухе один компонент быстро реагирует с поверхностью волокна, формируя стекловидный скелет, а другой добавляет длинные маслянистые цепочки, не любящие воду. Вместе они создают тонкую оболочку с грибовидными выступами и шероховатой внешней коркой вокруг каждого волокна нити.

От отдельных волокон к готовой одежде

Поскольку оболочка формируется на отдельных волокнах до ткачества или вязания, водоотталкивающий эффект переживает нагрузки текстильного производства. Отдельные обработанные волокна хлопка, шерсти, полиэстера и нейлона демонстрируют экстремальную водоотталкиваемость, даже к микроскопическим каплям, которые обычно легко прилипают. Когда такие нити ткут или вяжут, получающиеся ткани имеют очень большие контактные углы с водой и очень малые углы скольжения: капли располагаются на вершинах текстуры ткани с захваченным воздухом под ними. Команда даже вышивала цветные узоры обработанной нитью на необработанной ткани, получая мотивы, которые оставались сухими, в то время как окружающая ткань впитывала окрашенную воду, при этом цвет и ощущение на ощупь почти не менялись.

Испытания тканей в экстремальных условиях

Авторы подвергли эти обработанные текстили сильным нагрузкам, превосходящим повседневное использование. В распылительных тестах ткани оставались сухими при объёмах воды значительно выше стандартных уровней, и отталкивали проливы напитков и газировок. В моделях дождя и при ударах струй высокой скорости, имитирующих экстремальные штормы, капли отскакивали, не пропитывая материал. Обычные футболки, легинсы, обувь, носки и холщовые изделия с обработкой выдерживали разнообразные виды износа: десятки тысяч циклов абразии, длительные пробежки на беговой дорожке с натиранием ремнями рюкзака, многократные растяжения, чистку, отклеивание ленты и падающий песок. Даже после машинной стирки до двадцати раз ткани оставались сильно водоотталкивающими. Годовое пребывание на открытом воздухе под солнцем, в штормах, при морозах и жаре показало лишь незначительное выцветание и сохранённую эффективность.

Обработка теплом, паром и вопросы безопасности

Многие водоотталкивающие вещи теряют свойства при воздействии очень горячей воды или пара, что может привести к ожогам. Ткани, обработанные MARS, продолжали отталкивать воду температурой 85–95 °C, горячий кофе под давлением и пар при 160 °C, даже после быстрых перепадов между кипящей водой и жидким азотом. Испытания показали, что покрытие препятствует конденсации пара внутри ткани, при этом позволяя воздуху проходить сквозь материал, так что ткань остаётся воздухопроницаемой. Под водой легинсы с обработкой удерживали блестящий слой захваченного воздуха и уменьшали сопротивление воды примерно на 40 процентов по сравнению с обычной тканью. Клеточные тесты в лаборатории показали, что материалы, используемые в покрытии, гораздо менее вредны для клеток, чем распространённая фторированная водоотталкивающая отделка.

Что это может значить для будущих изделий

В практическом плане работа указывает на одежду, обувь и технические текстили, которые могут оставаться сухими и комфортными при сильном дожде, грубом износе, воздействии горячих жидкостей и многократных стирках без опоры на стойкие фторсодержащие вещества. Формируя прочную, вдохновлённую коллемболами оболочку на каждом волокне в один недорогой шаг, метод MARS предлагает сочетание высокой водоотталкиваемости с мягкостью, воздухопроницаемостью и экологической ответственностью. Это может быть полезно для снаряжения для активного отдыха, защитной униформы, спортивной одежды и даже для будущих «умных» тканей, которым нужны одновременно долговечность и мягкое соприкосновение с кожей.

Цитирование: Liu, Z., Zhao, K., Ma, J. et al. One-step fabrication of superhydrophobic fabrics with stable mechanical performance in harsh conditions. Nat Commun 17, 4264 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70857-7

Ключевые слова: супергидрофобная ткань, водоотталкивающие текстили, покрытие без ПФАС, долговечная одежда, биоимитирующие материалы